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复杂地质条件下深埋公路隧道全深度电磁勘探关键技术研究及应用

赵虎  
【摘要】:西部复杂山区隧道建设是“一带一路”、交通强国战略深入实施的重要保障,高效准确的勘察工作是深埋隧道科学设计、安全施工的决定性因素。在西部山区高寒艰险环境下进行地质勘察需面临地形地质复杂、气候恶劣、生态环境脆弱等巨大挑战。由于地形复杂,植被茂密,地质调绘工作难度极大,为了查明隧道地质情况,就要通过大量深孔作业,但施工周期长,费用高昂。因而建立高效环保安全的新型勘察模式、创新高精度信息处理方法等核心技术,是急需解决的关键技术难题。目前电磁法已大量用于铁路隧道、水电隧道等系统,并成为一种重要勘察手段,但公路深埋隧道有其特点,相比铁路及水电隧道来说其宽度更宽(多为双线),需要面临的地质问题更多,且由于国内外深埋长大隧道的电磁法勘探研究成果主要使用音频大地电磁法(天然源及可控源),存在浅埋段50m左右的勘探盲区,对于可以实现深埋隧道的电磁法2000米以内全深度勘察能借鉴的成果有限。本文在四川省交通科技计划及雀儿山隧道、二郎山隧道等国家重大工程项目的支持下,以电磁法基础理论为基础,对电磁法原理、数值模拟、关键处理技术、工程应用等方面进行了详细研究,建立了公路深埋隧道新型勘察模式,并将该模式应用在具体工程上,达到了良好的应用效果,推动了物探技术在公路建设中的应用。通过理论模型分析、试验研究、工程验证等手段进行技术攻关,主要取得了以下创新成果:(1)首次在公路隧道勘察中引入了等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM),攻克了电磁法浅层探测盲区,实现了深埋隧道2000米以内全深度电磁勘探。(2)提出了一种视电阻率比值法公式,有效压制了低阻屏蔽效应,实现了电磁法在低阻覆盖情况下的微弱异常提取,有效提升了分辨率。构建了一种新型二维反演初始模型方法—“数模分离校正法”,有效解决了初始模型构建传统方法在解决复杂地区地质问题上的局限性。(3)创建了以电磁法为主导的复杂地形地质条件下公路隧道综合勘察新模式,有效解决了深埋隧道中岩性划分、岩体完整性评价、构造判识以及不良地质研判等关键技术难题。成果为复杂山区公路隧道电磁勘探提供了科学的行业依据和标准,为后续开展的川藏高速、川藏铁路地质勘察,提供了一整套可供借鉴的范例。研究成果已成功应用于被誉为“川藏第一隧”的新二郎山隧道(长度13.4km、最大埋深约1600m)、全球座海拔超过4300米超长隧道-雀儿山隧道(最高海拔5050m、埋深大于700m)、康巴第一关折多山隧道(长度8.4km、最大埋深近800m)等数十项超级工程,也成功推广于广东惠清高速、云南沾会高速等省外公路隧道勘察以及川藏铁路、郑万高铁等铁路隧道勘察中,节省了勘察工期,经济和社会效益显著。


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